Für die Herstellung von Seitenverkleidungen im Innenraum der A- und D-Säulen von Automobilen der Firma AUDI suchte der Tier One Supplier Johnson Controls nach einer Lösung, die die Qualität des Produktionsprozesses weiter optimiert und dabei die Produktionsparameter nachvollziehbar protokolliert. Letztendlich konnten die geforderten Kriterien wirtschaftlich nur durch eine Vollautomatisation der Produktion erfüllt werden.
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| Branche: |
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Automobilindustrie |
| Kunde: |
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Endkunde: AUDI AG, Tier One: Johnson Controls |
| Anwendung: |
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Seitenverkleidung Innenraum, D-Säule lang und kurz, A- Säule |
| Zielsetzung: |
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Vollautomatisierung eines bisher manuellen Prozesses zur Verkürzung der Zykluszeiten, die Absenkung der anteiligen Personalkosten und eine Steigerung der Produktivität und Qualität inklusive Protokollierung sämtlicher Parameter |
| Implementierung: |
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11/2002 |
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Ausgangslage/Aufgabenstellung
 Für eine Produktionslinie von Seitenverkleidungen im Innenraum für die A- und D-Säulen für AUDI müssen bei der Produktion Textilien aus sicherheitsrelevanten Gründen im Spritzgießprozess präzise hinterlegt werden. Die Textilien mit den maximalen Abmessungen von 800 x 1250 mm müssen während des Spritzprozesses über das Werkzeug gespannt eingelegt bzw. aufgespießt werden.
Dieser Prozess verursachte in der manuellen Produktion Probleme, da die beiden obersten Aufspießdorne in einer Arbeitshöhe von ca. 2,5 m liegen. Um diese zu erreichen, musste sich der Arbeiter beim Einlegen jedesmal eines Schemels bedienen. Die Textilien wurden dabei oft nicht vertikal hängend ins Werkzeug positioniert und das Einlegen in einem Bogen bereitete manuell ebenso Probleme. Zusätzlich erforderte das komplexe händische Einlegen der großflächigen Textilien einen Zeitrahmen, der das Zeitfenster der Spritzparameter überschritt. Ausschussteile waren die Folge.
Da die Optimierungsmöglichkeiten in der manuellen Produktion bereits ausgeschöpft waren, konnte eine zukunftsweisende Lösung nur bedeuten: Der manuelle Prozess muss durch einen vollautomatisierten abgelöst werden.
Dabei galt es folgende Schritte des Produktionsprozesses vollautomatisch umzusetzen:
1. Vollautomatischer Zuschnitt der Textilien bei unterschiedlichen
Längenabmessungen
2. Aufnahme der Textilien von einer horizontalen Cutteranlage über
Nadelgreifer
3. Aufspießen der Textilien auf die bewegliche Seite der Spritzgießform
4. Entnahme von zwei Seitenverkleidungen von der Düsenseite mit
Vakuumsauggreifer
5. Aufbringen von 2x Barcode. Der Barcode bildet dabei alle
Prozessparameter ab.
6. Ablegen der Bauteile auf einem Förderband
7. Der Prozess wiederholt sich
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Realisation
Die Herausforderung dieser Aufgabe bestand vor allem im Umgang mit den großformatigen Textilien. Der Werkstoff durfte beim Handling zum einen nicht beschädigt werden und musste gleichzeitig exakt in der Maschine positioniert werden. Dabei war darauf zu achten, dass die Textilien bei schnellen Transportbewegungen keine "Segelwirkung" entfalten, die eine präzise Positionierung unmöglich machen würden.
Um diese Anforderungen im kombinierten Einlege-/Entnahmegreifer umzusetzen, wurde die Einlegeseite des Greifers mit Nadelgreifern ausgestattet, die jeweils paarweise auf einem Hubzylinder adaptiert sind. Die Nadelgreifer sind jeweils mit einer Vielzahl an feinen Nadeln ausgerüstet, um die Textilie nicht zu beschädigen. Dabei kann die Eindringtiefe der Nadeln variabel eingestellt werden. Die Aufnahme selbst erfolgt von einer horizontalen Cutteranlage, das Aufspießen im Werkzeug als Bogenform.
Zur optimalen Übergabe der Textilie ins Werkzeug befindet sich im Zentrum jedes Nadelpaketes eine Aussparung für Skalpelle, die sich im Werkzeug befinden. Beim Aufspießen dringen die Skalpelle damit direkt in das Nadelpaket ein. Wenn die Textilie aufgespießt worden ist, werden die diagonal angeordneten Nadeln automatisch zurückgefahren, damit die Textilie nicht wieder heruntergezogen oder verrutscht werden kann. Um die erforderlichen glatten Oberflächen zu erreichen erfolgt das Aufspießen der Textilien ins Werkzeug über eine Bogenform, die das Textil in allen Richtungen gespannt hält.
Die Entnahmeseite des Greifers ist mit Vakuumsaugern ausgestattet, die das Spritzgießteil kurz vor dem Aufspießen der Textile entnehmen.
Zur Aufnahme der Textilien im Werkzeug standen grundsätzlich drei Möglichkeiten zur Auswahl:
1. über Spannleisten im Werkzeug
2. über Winkelspanner
3. mit Aufnahmedornen bzw. Stiften
Da die ersten beiden Möglichkeiten teuer und aufwendig sind, hat man sich entschlossen, eine Lösung mit den einfachen und günstigen Aufnahmedornen zu suchen.
Anfänglich wurden zylindrische Stifte inklusive Fase mit 6 mm getestet. Es stellte sich jedoch heraus, dass beim Aufstecken mit dem Roboter die Textilie aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften nicht durchstoßen werden konnte. Um dieses Problem zu lösen, wurden Stifte mit Spitzen in Skalpellform und einer zylindrischen Basis ausgeführt. Die "Klingen" durchdringen das Textil und der hintere zylindrische Teil fixiert das Textilteil.
Entscheidungskriterien für die Robotereinheit:
Aus mehreren Gründen entschied man sich bei der Konzeption der Anlage für einen 6-Achs-Konsolroboter. Zum einen sprachen grundsätzliche Vorteile der Knickarmroboter bei der Automatisierung für deren Einsatz: die Möglichkeit diverse Peripheriestationen räumlich frei platzieren zu können, da keine kartesische Ausrichtung erforderlich ist, die große Reichweite bei minimalem Platzverbrauch und die hohe Flexibilität bei Produktumstellungen.
Als ganz entscheidender Faktor kam allerdings hinzu, dass der 6-Achs-Roboter beim Fahren von der Cutteranlage ins Werkzeug den Greifer stets räumlich so drehen kann, dass sich der Fahrtwind niemals im Textil fangen kann. Letztendlich ist dies die Voraussetzung, dass die Textilteile mit bis zu 800 x 1250 mm niemals wie ein Segel wirken und lediglich von gering eingreifenden Nadeln präzise gehalten werden können. Eine schräge Greiferstellung ermöglicht zudem die präzise parallele Positionierung der Textilie kurz vor dem Aufspießen.
Abgerundet wird die Anlage durch eine Cutteranlage mit eigener SPS Steuerung und Autarkbetrieb. Der Cutter beherrscht sensorgesteuert das selbständige Einfädeln und Zuschneiden der unterschiedlichen Textillängen und ist mit einer Förderbandauflage mit Sondergurt zum Durchdringen der Nadeln bei der Textilaufnahme und zum Abschneiden der Textilrolle ausgerüstet. Erwähnenswert ist daneben auch das Schneidmesser mit seiner sehr hohen Standzeit.
Nachdem es sich hier um Sicherheitsbauteile für den Innenraum in PKWs handelt, werden sämtliche Produktionsparameter inklusive Textilcharge vor dem Ablegen des Teils online auf ein Barcodelabel gedruckt und aufgebracht.
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Systemkomponenten/Auftragsumfang
KUKA KR150L110K mit KRC2, Robotergrundplatte, Podest mit Schutzeinrichtungen, Cutteranlage für Fließ- und Glasfasergewebe, Riemenförderer/Bandsystem, Barcodevorrichtung, 3x Entnahmegreifer.
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Ergebnis/Erfolg
Die Anlage ist in der Lage, den gesamten Fertigungsprozess vollautomatisiert abzubilden. Mit Inbetriebnahme konnte ein erhöhter Maschinenausstoß der Anlage bei gleichzeitiger Qualitätsverbesserung, Reduzierung der Personalkosten und Vermeidung von Ausschuss realisiert werden. Durch die integrierte Protokollierung sämtlicher Produktionsparameter ist darüber hinaus der Kunde in der Lage, im Falle einer Rückrufaktion oder ähnlichem die Produktionschargen anhand des Barcodes gezielt zu identifizieren.
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Ansprechpartner
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Ausgangslage/Aufgabenstellung
